Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен включать:

- схемы исследуемых электрических цепей;

- таблицы с опытными и расчетными данными;

- вольт-амперные характеристики (п.п. 4, 6) с необходимыми построениями при расчете параметров цепей (п.п. 5, 7, 8);

- выводы по результатам проведенных исследований.

Контрольные вопросы

1. Что называется нелинейным элементом, нелинейной электрической цепью?

2. Приведите примеры НЭ и область их применения.

3. В чем принципиальное отличие НЭ от линейного?

4. Что такое статическое и дифференциальное сопротивления НЭ? В чем их различие?

5. Какими методами и на основании какого закона рассчитывается цепь с последовательным соединением НЭ?

6. Что такое нагрузочная характеристика и как ее построить?

7. Каков порядок расчета цепи с параллельным соединением НЭ? На основании какого закона основан расчет данной цепи?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННЫХ ЦЕПЕЙ

ПЕРЕМЕННОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

ЗАДАЧА РАБОТЫ

Задачей работы является проверка опытным путем уравнений, описывающих параметры неразветвленной цепи переменного синусоидального тока, выявление условий резонанса и его проявлений в этой электрической цепи.

Продолжительность работы – 2 часа

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В цепях синусоидального переменного тока различают актив-ное R, индуктивное X_L= L = 2 fL и емкостное сопротивления.

Активное сопротивление характеризует необратимый процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии, а индуктивность L и емкость C – обратимый процесс преобразования энергии электромагнитного поля.

Ток в активном элементе совпадает по фазе с напряжением, ток в индуктивном сопротивлении отстает по фазе от напряжения на 90˚, а в емкостном сопротивлении – опережает напряжение на 90˚.

Реальную катушку индуктивности можно представить в виде схемы замещения последовательно включенных активного и индуктивного сопротивлений (рис.1 а, б).

Полное сопротивление катушки .

Векторная диаграмма напряжений реальной катушки индуктивности показана на рис. 2.

Составляющие напряжения на катушке:

- активная:

- реактивная:

Для неразветвленной электрической цепи переменного тока (рис. 3) действующее напряжение цепи равно геометрической сумме

напряжений на последовательно включенных элементах, т.е.

.

Векторная диаграмма (рис. 4) для неразветвленной электрической цепи является геометрическим толкованием второго закона Кирхгофа. Из векторной диаграммы следует, что модуль напряжения цепи равен

. (1)

В уравнении (1) величина

называется полным сопротивлением цепи, в комплексной форме

(2)

По выражению (2) можно построить треугольник сопротивлений (рис. 5), из которого следует, что cos = R / Z . При X_L > X_C угол сдвига фаз между током и напряжением цепи положителен ( > 0), т.е. ток в цепи отстает по фазе от напряжения сети (нагрузка имеет индуктивный характер). При X_L < X_C угол сдвига фаз между током и напряжением отрицателен ( < 0), т.е. ток опережает по фазе напряжение (нагрузка имеет емкостной характер).

При X_L = X_C наступает резонанс напряжений. Из формулы (1) видно, что в этом случае полное сопротивление цепи Z равно активному сопротивлению (Z = R) и ток при этом достигает максимального значения, равного I = U / R. При X_L >> R и X_C >> R резонанс напряжений приводит к значительному увеличению напряжений на индуктивности и емкости , что может привести к выходу из строя электротехнического оборудования.

Векторная диаграмма для неразветвленной цепи, содержащей реальную катушку индуктивности, резистор и конденсатор, приведена на рис. 6. Из векторной диаграммы можно определить действующее значение напряжения на зажимах цепи:

.

В цепи переменного синусоидального тока различают три вида мощности:

– активную: ;

– реактивную: ;

– полную: . .